close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000101908

код для вставкиСкачать
КОНТРОЛЬНЫЙ эютатлш>
На правах рукописи
Пантелеев Виталий Сергеевич
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАЛИБРОВАННОГО
ШЕСТИГРАННОГО ПРОКАТА В РОЛИКОВЫХ ВОЛОКАХ
Специальность 05.03.05 - Технологии и машины
обработки давлением. Технические науки
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Магнитогорск - 2005
Работа выполнена в ГОУ ВПО Магнитогорский государственный
технический университет им. Г.И. Носова
кандидат технических наук,
профессор
Славин Вячеслав Семёнович
Научный руководитель:
Официальные оппоненты: доктор технических наук,
профессор
Чукин Михаил Витальевич
кандидат технических наук
Рудаков Владимир Павлович
ОАО Белорецкий
металлургический комбинат
Ведущее предприятие:
sOO
Защита состоится « 24 » ноября 2005 г. в 16""
час. на заседании
диссертационного
совета
Д212.111.03
в
Магнитогорском
государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу:
455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского
государственного технического университета им, Г. И. Носова.
Автореферат разослан
лк
Ученый секретарь
диссертационного совета
октября 2005 г.
Жиркин Ю.В.
2006-^
2-^43.5"
ZllfSSl^
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*
Актуальность
работы. Восстановление машиностроительных
предприятий России и стран ближнего зарубежья после экономического
кризиса сопровождается расширением объёма и ассортимента
потребления стальных фасонных профилей высокой точности (СФПВТ),
к которым относится и калиброванный шестигранный прокат.
Применение данных профилей позволяет снизить коэффициент расхода
металла, сократить количество производственных операций.
Неблагоприятная экономическая ситуация отрицательно сказалась
и на метизных предприятиях, большинство из которых использует
устаревшие
технологии
и оборудование,
не
обеспечивающие
конкурентоспособность выпускаемых фасонных профилей. Одним из
перспективных способов получения СФПВТ является их производство с
использованием роликовых волок с многовалковыми калибрами. Однако
развитие технологических процессов волочения в волоках данного типа
сдерживается низкой точностью получаемых изделий. Это объясняется
несоответствием характеристик применяемого в настоящее время
оборудования и современных требований к точности изготавливаемых
профилей, отсутствием научно-обоснованных методик проектирования
роликовых волок требуемой жёсткости и недостатками известных
технологических схем производства СФПВТ в волоках данного типа.
Поэтому разработка экономически эффективного технологического
процесса и совершенствование оборудования для производства
калиброванного шестигранного проката высокой точности является
актуальной задачей.
Цель работы. Создание новой технологии и оборудования для
получения калиброванного шестигранного проката с требуемой точностью
геометрических размеров.
Для достижения данной цели были поставлены и решены
следующие задачи:
1. На основе критического обзора известных решений предложить
и обосновать новую, более эффективную технологическую схему
получения калиброванного шестифанного профиля.
2.
Провести
теоретические
исследования
и
определить
рациональные режимы обжатий для процесса волочения калиброванного
шестигранного профиля по предложенной технологической схеме.
3. Разработать технически и экономически целесообразный
параметрический
ряд
клетей-волок
повышенной
жёсткости,
обеспечивающий требуемую точность профиля во всём диапазоне
выпускаемых типоразмеров.
* В качестве соруководителя в ря^п-»» ирттшпп i^mar'TT-tp дпь-тпр техн. наук,
профессор Анцупов В.П.
1 "'^'^-^^АЦИОНЛЛЬНАЯ I
I
'"Wi/
^ СПе
•9
_
...^
4. Разработать технологию и оборудование для производства
калиброванного шестигранного проката в промышленных условиях.
Научная новизна.
1. Предложена и обоснована новая технологическая схема
деформации круглой заготовки в шестигранный профиль, отличающаяся
от известных тем, что волочение осуществляют трёхступенчатым
деформированием за один проход. При этом в треугольных калибрах
роликовых волок первой и второй ступени, образованных валками с
гладкой бочкой, формируют предчистовые размеры шестигранника, а
окончательные размеры формируют в калибре монолитной волоки.
2. Теоретически определены и экспериментально проверены
режимы обжатий для процесса волочения шестигранного профиля
различных типоразмеров по предложенной технологической схеме.
3. Разработана методика определения технических характеристик
кпетей-волок с трёхвалковыми калибрами, включающая оценку упругой
деформации и прочности основных элементов клети и выбора
рациональных
геометрических
размеров
клети,
обеспечивающих
требуемую точность размеров профиля.
4. Спроектирован параметрический ряд трёхвалковых клетейволок с основным параметром от 60 до 250 мм, обеспечивающих
получение калиброванного шестигранного проката в диапазоне размеров
"под ключ" от 3 до 32 мм с требуемой точностью.
Практическая ценность.
1. На уровне изобретения (Пат. РФ № 2235614) разработан новый
способ получения калиброванного шестигранного профиля волочением в
сдвоенных клетях-волоках с трёхвалковыми калибрами и монолитной
волоке за один проход из круглой заготовки.
2. Создан блок программ для расчёта на компьютере технических
характеристик клетей-волок с трёхвалковыми калибрами.
3. Разработан комплект расчётно-контрукторской документации
для изготовления клетей-волок предложенного параметрического ряда и
технологические карты по волочению калиброванного шестигранного
проката различных типоразмеров.
Реализация
работы. Новые конструкции деформирующего
оборудования и технология производства калиброванного шестигранного
проката внедрены в калибровочном цехе ОАО "Магнитогорский
калибровочный
завод".
Объём
производства
калиброванного
шестигранного проката с размерами от 8 до 32 мм за 2004 г. составил
2773 т., экономический эффект составил около 5,6 млн. руб.
Апробация
работы.
Основные
положения
диссертации
докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры "Механическое
оборудование металлургических заводов" МГТУ им. Г. И. Носова в 2002 2005 гг., на ежегодных научно-технических конференциях механике-
машиностроительного факультета МГТУ им. Г.И. Носова в 2002-2004 гг., на
IV Международной научно-практической конференции ЮНЕСКО (Москва,
МГИУ, 2003 г.), на конференции "Актуальные проблемы теоретической и
прикладной физики" (Магнитогорск, МаГУ, 2004 г.), на Международной
заочной научно-технической конференции (Ульяновск, УлГТУ, 2004 г.).
При выполнении работы были получены гранты:
- конкурса исследовательских проектов для студентов, аспирантов и
молодых учёных Челябинской области 2004 года (грант № 49-04 А);
- конкурса исследовательских проектов 2005 года для студентов,
аспирантов, молодых учёных ВУЗов, объявленного Правительством
Челябинской области (грант № 45-05 А).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь
работ, получен патент РФ на способ получения калиброванного
шестигранного профиля.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
четырёх глав, выводов, библиографического списка и трёх приложений.
Содержит 127 страниц машинописного текста, включая 64 рисунка и 6
таблиц. Список литературных источников содержит 151 наименование.
На защиту выносятся новая технологическая схема получения
калиброванного
шестигранного профиля; методика
определения
технических характеристик клетей-волок с трёхвалковыми калибрами;
методика
расчёта
геометрических
параметров
клетей-волок
с
трёхвалковыми калибрами, обеспечивающих получение требуемой
точности геометрических размеров профиля.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе отмечено, что на сегодняшний день основным
способом производства калиброванного шестигранного проката является
волочение горячекатаной шестигранной заготовки в монолитной волоке
за один-два прохода. Использование в качестве заготовки более
дешёвого подката круглого сечения (на 10-15%) для волочения
шестигранного проката в монолитных волоках имеет ряд существенных
недостатков: значительная неравномерность деформации по периметру
канала фильеры, наличие больших сил трения между поверхностями
инструмента и обрабатываемой заготовки, сложность формирования
граней профиля с требуемыми радиусами закругления и др.
На наш взгляд, устранение этих недостатков при использовании
подката с круглым сечением возможно при применении роликовых волок с
многовалковыми калибрами. Эффеетивность применения волок данного
типа подтвер>кдается работами М.И. Бояршинова, М.Г. Полякова,
Б.А. Никифорова, Ю.И. Коковихина, Г.С. Гуна, И.Д. Костогрызова,
В.Н. Выдрина, Л.А. Баркова, В.Г. Дукмасова, B.C. Лиханского,
В.Н. Гринавцева, Б.М. Илюкович и др.
Анализ
известных
способов
производства
калиброванного
шестигранного проката в роликовых волоках позволил выявить
недостатки технологических схем и применяемого оборудования.
Одним из основных факторов, определяющих точность готового
профиля, является жёсткость роликовой волоки. В многовалковых
калибрах упругая деформация, вызывающая изменение размеров
калибра, происходит сразу в нескольких направлениях, и эти изменения
связаны между собой в силу единства очага деформации и конструкции
клети. В работе проведён анализ исследований и аналитических
зависимостей,
описывающих
жёсткость
роликовых
волок
с
многовалковыми калибрами, предлагаемых в работах М.Г. Полякова,
Б.А. Никифорова, Г С . Гуна, В.Н. Выдрина, В.Г. Дукмасова и др.
Отмечено, что предложенные в данных работах приведённые
коэффициенты
жёсткости
являются
переменными
величинами,
зависящими от технологических параметров волочения металла.
Аналитический обзор позволил сформулировать цель и выделить
задачи, подлежащие решению.
Вторая глава посвящена разработке технологической схемы
производства калиброванного шестигранного проката из круглой
заготовки за один проход и определению рациональных технологических
параметров процесса волочения по предложенной схеме.
Для
производства
калиброванного
шестигранного
проката
предлагается использовать систему, состоящую из двух треугольных
калибров,
в
которых
реализуется
процесс
деформации
с
недозаполнением калибров. Такое решение позволяет устранить
возможность появления дефектов типа "ус", формировать рёбра
профиля с минимальными радиусами закругления при пересечении
граней, полученных в разных калибрах. Появляется возможность вести
протяжку в одних и тех же калибрах с различными вытяжками за проход,
снижается влияние колебаний размеров исходной заготовки на качество
готового профиля.
При
использовании
предлагаемой
технологической
схемы
производства калиброванного шестигранного проката из круглой заготовки
1 (рис. 1) в калибре в виде правильного треугольника, образованном
гладкими валками 2 роликовой волоки первой ступени, формируются
размеры трёх из шести граней профиля. В калибре, образованном
валками 3 роликовой волоки второй ступени, и повёрнутом в плоскости
перпендикулярной оси волочения на угол 60' по отношению к калибру
первой ступени, формируются размеры трёх оставшихся граней
шестигранника. Формирование чистовых размеров и отделка поверхности
профиля осуществляются в калибре монолитной волоки 4. Ступенчатая
деформация заготовки в одном проходе позволяет снизить общее усилие
волочения за счёт противонатяжения между ступенями деформации.
Рис. 1. Предлагаемая технологическая схема ступенчатого деформирования
заготовки в калиброванный шестигранный профиль
1 - заготовка; 2 , 3 - деформирующие валки; 4- монолитная волока.
Одними из основных параметров, характеризующих процесс
деформации металла, являются вытяжка и площадь контакта металла с
валками. В работе, используя геометрические соотношения, были
получены аналитические зависимости, позволяющие определить данные
величины в первом и втором калибрах роликовых волок с учётом
различного заполнения калибров.
Для определения энергосиловых параметров волочения металла в
трёхвалковых калибрах роликовых волок первой и второй ступени
деформации нами была использована математическая модель,
разработанная М.Г. Поляковым, Б.А. Никифоровым, Г.С. Гуном. Данная
модель базируется на основных положениях теории обработки металлов
в многовалковых калибрах: решении дифференциального уравнения
равновесия, гипотезе плоских сечений, условии контактного трения
Амонтона-Кулона, допущении о равномерном распределении по ширине
контактной поверхности удельного давления и т.д.
Дифференциальное уравнение равновесия элементарного объёма
в калибрах клетей-волок относительно продольных напряжений а(х)
имеет вид:
da(x)
_
a(x)efctgcp, + fo-го +'"(/'W - UXl - Sfctgcp,)
где
QM ^y^-
^^^'-
nb(x)dx
...
F(x)ctg(p^
харакгеристическая
функция,
[ - 1 , x)x„
определяющая положение элементарного объёма в очаге деформации;
X и Хп - координата элементарного объёма в очаге деформации и
нейтрального сечения соответственно; срх - угол между касательной к
дуге, ограничивающей элементарный объём на контаюге с валком, и
плоскостью; а^о - начальный предел текучести металла; т - модуль
упрочнения металла; ij(x) - коэффициент вытяжки; f - коэффициент
трения; п - количество валков; В(х) и F(x) -ширина и площадь
поверхности контакта металла с валком соответственно.
Присоединив к дифференциальному уравнению (1) начальное
граничное условие:
'^С4х-о='^о-
(2)
гдеСто- напряжение противонатяжения,
получим задачу Коши относительно неизвестной функции а(х),
которая становится разрешимой при фиксации характеристической
функции д(х).
Среднее давление металла на валки многовалкового калибра и
определяется интегрированием по длине очага деформации.
В качестве уточнений для данной модели было предложено не
заменять дугу контакта металла с валком хордой, т.е. угол контакта
металла с валком в очаге деформации рассматривался как переменная
величина. При определении ширины площадки контакта металла с
валком в очаге деформации было предложено не использовать метод
соответственной полосы, а учитывать аналитическое определение
данной величины, как переменной подлине очага деформации.
Для определения напряжения протяжки через калибрующую
монолитную волоку была использована формула И.Л. Перлина для
волочения многогранных профилей из заготовки подобного сечения:
<^вол = Y ' ^ T C
Зп +1
an
1-
/'v
"\
£к_
+ «^пр
Ik.
(3)
V^Hy
где arc - среднее значение сопротивления деформации в
пределах деформационной зоны; Опр - напряжение противонатяжения
(напряжение протяжки через калибры клетей-волок); у - коэффициент; Эп
- коэффициент; FH v\ FK - начальная и конечная площадь поперечного
сечения заданного профиля.
Теоретическое исследование силовых параметров процесса
позволяет сделать вывод о нецелесообразности использования
относительных суммарных обжатий более 35 % (величина суммарной
вытяжки более 1,5). Так как при этом величина продольных напряжений
приближается к величине предела текучести, а величина относительных
8
обжатий распределяется по первым двум ступеням деформации
неравномерно. Кроме того, усилия, воспринимаемые валками первой и
второй роликовых волок, различаются более чем на 40%, что приводит к
необходимости использования клетей-волок первой и второй ступени
деформации с различными параметрами.
Установлено, что суммарное обжатие должно находиться в
диапазоне 22 - 35 % (суммарная вытяжка 1,28 - 1,53), минимальное
значение
определяется
по диаметру
описанной
окружности
шестигранника с учётом допуска подката. При этом распределение
относительных обжатий по ступеням деформации составляет 11 - 19 %
(вытяжка 1,12 - 1,24) на первой ступени, 12-19 % (вытяжка 1,14 - 1,24)
на второй и на третьей ступени 5 - 7 % (вытяжка 1,03 - 1,07). Это
обеспечивает необходимую прочность переднего конца полосы и
естественную
устойчивость
профиля
в
очагах деформации
предложенной системы калибров.
В
третьей
главе
рассматривается
вопрос
изменения
геометрических размеров профиля вследствие упругих деформаций
клети-волоки в процессе волочения. Для решения данной проблемы
предложена методика определения величины упругой деформации
основных элементов клети-волоки и разработанная на её основе
методика выбора рациональных геометрических параметров клетиволоки с трёхвалковым калибром.
Для реализации предложенной технологической схемы в
промышленности в качестве деформирующих устройств использовались
бесстанинные трёхвалковые клети-волоки, разработанные в МГТУ им. Г.И.
Носова под руководством И.Д. Костогрызова и B.C. Славина.
Устройство роликовой волоки данного типа показано в виде
конструктивной схемы на рис. 2. Оси 1 в волоках данной конструкции
соединяются между собой с помощью утолщений в замкнутый контур.
Благодаря этому воспринимаемые усилия от деформирования металла
замыкаются в образованной осями жесткой раме. Валки 2 с помощью
подшипников 3 устанавливаются на осях 1 с возможностью
перемещения вдоль своих осей. Сборка калибра осуществляется по
опорным поверхностям валков "в замок", в результате чего валки
занимают требуемое положение. Фиксация осей 1
производится
резьбовыми соединениями (гайками 4). Отсутствие станины позволяет
собирать клети-волоки в сдвоенные комплекты, расстояние между
очагами деформации в которых меньше диаметра валков.
Анализ конструктивной схемы кпети-волоки показывает, что при
соединении валков "в замок" в плоскости калибра каждый валок
воспринимает только радиальные усилия со стороны металла и имеет
возможность перемещения вследствие упругих деформаций клети
только в направлении, перпендикулярном оси вращения. Возможные
осевые составляющие усилия, действующего со стороны металла на
валок, посредством контактных поверхностей в замке передаются на
соседние валки, образующие калибр клети-волоки.
Рис. 2. Конструктивная схема клети-волоки с трёхвалковым калибром
1- ось рамы; 2 - деформирующие валки; 3 - подшипники; 4- гайка;
Dy - условный диаметр валка; L - длина оси рамы; h - расстояние между
подшипниками; b -длина утолщения оси.
Точность размеров поперечного сечения профиля зависит от
упругих деформаций волоки в плоскости калибра. Деформации клетиволоки в данной плоскости можно определить по уравнению,
связывающему вектор перемещений Д§ и вектор полного усилия,
воспринимаемого валками Р:
Д8 = А-Р,
(4)
где А - матрица податливости клети-волоки, служит для перевода
вектора полного усилия, воспринимаемого валками, в вектор
перемещений нагруженных элементов клети-волоки. Размерность
матрицы податливости в рассматриваемом случае будет 3x3.
Используя принцип суперпозиции, в векторной форме можно
записать, что общая деформация клети-волоки складывается из
деформаций её отдельных элементов - рамы, подшипников и валков:
Д8 = А ' ' Р + А " Р + А ^ Р .
10
(5)
Так как вектор полного усилия, воспринимаемого клетью-волокой,
общий для всех элементов, то матрицу податливости клети-волоки
можно представить в виде суммы матриц податливостей рамы (А'),
подшипников ( А " ) И валков (А^):
р
р
р
р
р
р
ац а,2 а,з
A=j^J=AP+A"+Ae=
321 ^ 2 ^2:
р
р
р
^1 %2
а[] 0
0
af, 0
+ 0 а?2 0 + 0
%■
0
0 а^
0
8^2
0
0
0 af;
(6)
где Hjj, а ? , а" и а?- элементы матриц податливости всей клети-волоки,
рамы, подшипников и валков соответственно.
Индекс ij обозначает в уравнении (6) податливость i-того валка, или
элемента клети-волоки, на котором установлен i-тый валок, от усилия,
действующего на j-тый валок.
Матрицы податливости валков и их подшипников будут иметь
диагональный вид, так как деформации данных элементов не зависят от
усилий, действующих на соседние валки.
Элементы матрицы податливости, расположенные на главной
диагонали, характеризуют упругую деформацию осей клети-волоки от
усилий,
действующих
непосредственно
на
эти оси
(прямая
податливость). Элементы матрицы, расположенные вне главной
диагонали, характеризуют взаимную податливость, обусловленную
единством конструкции, т.е. податливость от усилий, действующих на
другие оси клети-волоки. На основании теоремы о взаимности
перемещений (теорема Максвелла) матрица податливости трёхвалковой
клети-волоки будет симметричной относительно главной диагонали.
Вектор действительных размеров калибра клети-волоки при
деформации металла можно определить, сложив вектор начальных
размеров калибра и вектор упругих деформаций:
S = So+AS,
(7)
где SQ - вектор начальных размеров калибра.
Определение элементов
матриц податливости валков и
подшипников осуществляется по зависимости Хичкока для упругой
деформации валка и с помощью методики расчёта податливости
подшипниковой опоры по наиболее нагруженному телу качения.
Наиболее сложным элементом при определении упругих
деформаций является рама клети-волоки, которая представляет собой
плоский треугольник, нагруженный в трёх направлениях распирающими
11
усилиями, и изменение упругой деформации в одном направлении
влечёт за собой изменение упругой деформации в других направлениях.
Раскрытие статической неопределимости рамы методом сил из
теории сопротивления материалов позволяет определить изгибающие
моменты, продольные и поперечные силы, действующие в раме, а также
вывести зависимость перемещений i-той оси в точках приложения
усилия, действующего на данную ось (местах установки подшипников),
от всех усилий, действующих на раму со стороны валков:
Д8Г=/'/- ^'
3L-3h-2bl
Зк,тЗ
h(L-h),
24EJv
Ji::bbk3(3L.3b-3h)-(^--'^-bXL^2b-h)
24EJ, I. "^^
b
'
bVL_(L_-bM\fVi_ik, |)+
L-h-b
4GA„ - + 4GA,
„
, b^,
4EJ]
Ьл/З
(L-b)v/3
2EAv
2EA,
8EJ,у
Ьл/з
2EAv
2EA,У
h{L-h),
8EJ„
-Л+2(
4
^пl4 ■
2EA,
L-h-b [lCn,4(3L-3h + 3b)]+ (8)
24EJ,
гк2 ) +
^.4+%^k„4+^^:=:lf^M3L-3h.3b)]+
4EJ,
24EJ,
(L-ЬУЗ Л
2ЕА,
i-^k,
В данном выражении Р,, Pj+i. Р,+2 - усилия, воспринимаемые осями
рамы клети-волоки, /=/, £ - модуль упругости первого рода; G - модуль
упругости второго рода; Ji и Jy - моменты инерции осей и утолщений
соответственно; А,, Ау - площади поперечного сечения осей и утолщений
соответственно; ki, кг - безразмерные коэффициенты, полученные при
раскрытии статической неопределимости; ктз. кт4 - коэффициенты,
полученные при раскрытии статической неопределимости, м.
Для того чтобы оценить упругие деформации от всех сил,
действующих со стороны валков, возьмём частные производные. Это
позволяет найти податливость оси от действия каждого усилия и составить из
них, в силу равенства параметров осей, матрицу податливости,
описывающую упругую деформацию всей рамы.
12
Элементы главной оси матрицы податливости рамы а,^ (1=У):
-.;=
24£/,
L-h-b
24EJi
( ^
4GA,
3*w3 -
3L-3h-2b
+ МЫ1*шЗ +
4EJ,
[к„,{ъ1.ъь-ъи)Л±^Щ12^Л.
L-h-b
4GA,
+ -
b^
2ЕА,
{1-ьУъ\{^
2ЕА,
(9)
1.
Элементы матрицы податливости рамы а,^ (Щу.
^-;=
8£J,
bS
2£4„
^т4
2£4,
hJL-h)^
, L-h-b
[k„^{ЪL-Ъh + Ъb)]^
AEJ]
""* 24£/,
(10)
i^.)
Исследование влияния геометрических параметров клети-волоки на
её податливость показало, что при их различном сочетании податливость
клети, а, следовательно, и точность получаемых профилей изменяются в
достаточно широком диапазоне. В связи с чем возникает необходимость
выбора рациональных геометрических параметров клети-волоки.
Наиболее
распространенной
характеристикой
упругой
деформации является показатель жёсткости, который определяется как
матрица, обратная матрице податливости.
В связи с многообразием конструкций роликовых волок возникает
необходимость сравнения показателей жёсткости роликовых волок. Для
этих целей в работе предложено использовать обобщённый показатель
жёсткости, который определяется как корень квадратный из второго
инварианта
матрицы жёсткости. Данный показатель позволяет
учитывать как прямую, так и взаимную жёсткость, а основным свойством
инварианта матрицы жёсткости является то, что его значение постоянно,
независимо от выбора систем координат.
При выборе рациональных геометрических параметров клетиволоки с трёхвалковым калибром учитывались максимальные усилия,
воспринимаемые подшипниками и полученные из условия прочности
осей а также использовалось отыскание максимума обобщённого
показателя жёсткости как функции нескольких переменных.
С помощью разработанной методики выбора геометрических
параметров клетей-волок, для более рационального их использования,
был спроектирован параметрический ряд клетей-волок с трёхвапковыми
13
калибрами. В качестве основного параметра был принят условный
диаметр валков, значения которого выбирались из ряда нормальных
размеров. Ограничением возможности использования клетей с
условными диаметрами валков 60, 100, 160 и 250 мм является
максимальное
усилие,
воспринимаемое
подшипниками.
Для
определения диапазонов размеров профилей, получение которых
возможно
с
применением
клетей-волок
разработанного
параметрического ряда, необходимо сравнить усилия, действующие на
валки при волочении профилей из различных сталей и сплавов.
Для сравнения теоретических и экспериментальных данных об
отклонениях
геометрических
размеров
шестигранного
профиля,
изготавливаемого по предложенной схеме, осуществлялся замер
геометрических размеров недокатов, получаемых в клетях-волоках. Для
этого был изготовлен опытно-промышленный образец сдвоенного
комплекта трёхвалковых клетей-волок с условными диаметрами валков
160 мм, устанавливаемый на линию волочения и отделки прутков
конструкции Иркутского завода тяжёлого машиностроения (ИЗТМ)
калибровочного цеха ОАО МКЗ. Была выполнена серия опытов по
волочению различных типоразмеров шестигранного профиля из
различных марок сталей. Расхождение расчётных и опытных данных об
отклонениях размеров профиля не превысило 9,1 % для первого калибра
и 12,8 % для второго калибра, что позволяет сделать вывод о
достоверности методики оценки упругих деформаций клети-волоки с
трёхвалковыми калибрами. Различную величину ошибки при измерении
упругих деформаций клетей-волок первой и второй ступеней деформации
можно объяснить большей утяжкой сечения профиля во втором калибре
Для
компенсации
изменения
геометрических
размеров
поперечного сечения профиля величина катающего диаметра валков
выбирается с учётом величины упругих деформаций клети-волоки.
Таким образом, разработанная методика позволяет оценить
величину упругой деформации клети-волоки с трёхвалковым калибром и
выбрать геометрические параметры клетей-волок, обеспечивающие
получение профиля с требуемой точностью размеров поперечного
сечения.
В четвертой главе описывается промышленное использование
предложенной схемы деформации круглой заготовки в калиброванный
шестигранный
профиль
и
разработанных
клетей-волок
параметрического ряда.
Реализация результатов работы производилась в условиях
калибровочного цеха ОАО МКЗ, По методике, предложенной во второй
главе, для сталей по ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1414-75, ГОСТ
10702-78, ГОСТ 4543-71 и
ТУ 14 -1-878-74, были определены
энергосиловые
параметры
процесса
и диапазоны
допустимых
14
типоразмеров шестигранного профиля для клетей-волок разработанного
параметрического ряда. Для указанных марок сталей диапазоны
размеров калиброванного шестигранного проката равны 1...3, 4...7,
8... 17 и 18...32 мм для клетей-волок с условными диаметрами валков 60,
100, 160 и 250 мм соответственно. На ОАО МКЗ было принято решение о
выпуске калиброванного шестигранного проката с размерами под ключ
от 8 до 32 мм. Для их производства были изготовлены сдвоенные
комплекты клетей-волок с условными диаметрами валков 160 и 250 мм
(рис. 3), устанавливаемые соответственно на линию волочения 1028
конструкции ИЗТМ (рис. 4) и цепной волочильный стан, с усилием
протяжки до 300 кН.
Рис. 3. Сдвоенный комплект клетей-волок с условным диаметром валков 250 мм
Рис. 4. Установка сдвоенного комплекта клетей с условным диаметром
валков 160 мм на линию волочения 1028 ИЗТМ
15
Выбор обжатий для данных профилей производился с учетом
определённого во второй главе диапазона суммарных обжатий.
Рекомендуемые обжатия отражены в технологических картах по
волочению калиброванного шестигранного проката с размерами "под
ключ" 8-32 мм.
Экономическая эффективность данной технологии определяется
использованием более дешёвой, по сравнению с шестигранной, круглой
горячекатаной заготовки и снижением производственных затрат. По
сравнению с волочением в монолитных волоках шестигранной заготовки
за два прохода снижение себестоимости составляет до 2300 руб. на
тонну продукции
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1.
На основе критического обзора
известных
способов
производства калиброванного шестигранного проката предложена и
обоснована новая технологическая схема получения калиброванного
шестигранного профиля из круглой заготовки (Пат. Р Ф № 2235614).
2. На основе теоретических исследований определены рациональные
режимы волочения, обеспечивающие более высокую, по сравнению с
известными способами, производительность процесса, естественную
устойчивость заготовки в калибрах роликовых волок, и повышение качества
за счёт устранения дефектов формы готового профиля.
3.
С
использованием
матричного
подхода
разработана
достоверная методика оценки упругих деформаций клетей-волок с
трехвалковыми калибрами, позволяющая определить отклонения
размеров профиля в процессе волочения.
4.
На
основе
разработанной
методики
спроектирован
параметрический ряд клетей-волок с трехвалковыми калибрами,
позволяющий получать калиброванный шестигранный прокат с
требуемой точностью в диапазоне размеров от 3 до 32 мм.
5. Для калибровочного цеха ОАО Магнитогорский калибровочный
завод разработаны промышленная технология и деформирующее
оборудование для производства калиброванного шестигранного проката
из различных марок стали.
Основные положения диссертации изложены в работах
1,
Славин В.С, Анцупов В. П., Пантелеев B.C. Разработка
роликовой волоки с трёхвалковым калибром для производства
калиброванного шестигранника и исследование её упругой деформации //
Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион
сб. науч тр. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2003. - С. 168-174.
16
2. Славин B.C., Анцупов В.П., Пантелеев B.C. Определение
показателей жёсткости рамы клети с трёхроликовым калибром //
Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и
реализации инновационных технологий: Сб. науч. докл. IV
Международной научно-практической конференции fOHECKO 24-28
ноября 2003 - М.: МГИУ, 2003. - С. 274 -277.
3. Славин B.C., Пантелеев B.C., Шигорин А.С, Выбор обобщённого
показателя жёсткости для оптимизации геометрических параметров
роликовой волоки // Вестник МаГУ: период, науч. журнал. Естественные
науки. - Магнитогорск: МаГУ, 2004. - Вып. 5.- С. 277-279.
4. Славин B.C., Анцупов В.П., Платов СИ., Пантелеев B.C.
Совершенствование
технологии
волочения
калиброванной
шестигранной стали // Современные методы конструирования и
технологии металлургического машиностроения: Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. - С. 114-119.
5. Славин B.C., Анцупов В.П., Пантелеев B.C. Выбор обобщённого
показателя жёсткости рамы роликовых волок с трёхвалковыми
калибрами // Материалы 63-й научно-технической конференции по
итогам научно-исследовательских работ за 2003-2004 гг.: Сб. докл. в 2 т.
- Магнитогорск: МГТУ, 2004. - Т.1. - С. 209 - 211.
6. Славин B.C., Пантелеев B.C. Методика расчёта обобщённого
показателя жёсткости рамы роликовой волоки с трёхвалковым калибром //
Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион,
сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2004. - С. 105 -109.
7. Пантелеев B.C., Анцупов В.П. Исследование упругой
деформации роликовых волок с трёхвалковыми калибрами // Конкурс
грантов студентов, аспирантов и молодых учёных вузов Челябинской
области: Сборник рефератов научно-исследовательских работ
аспирантов. - Челябинск: ЮУрГУ, 2004. - С. 146 - 147.
8. Славин B.C., Анцупов В.П., Пантелеев B.C. Проектирование
роликовых волок с трёхвалковыми калибрами для волочения
калиброванной
шестигранной стали // Актуальные
вопросы
промышленности и прикладных наук (ЗНТК-2004): Сб. статей
Международной заочной научно-технической конференции (1 октября 20 декабря 2004 года). - Ульяновск: УлГТУ, 2004. - С . 215-218.
9. Патент № 2235614 РФ, МКИ^ В 21 С 1/00. Способ получения
калиброванного шестигранного профиля / Славин B.C., Платов СМ.,
Анцупов В.П., Пантелеев B.C. и др. (РФ) // Изобретения. Полезные
модели. - 2004. - №25. - С. 385.
17
Подписано в печать 18.10.2005.
Формат60x84 1/16.
Плоская печать
Услпечл1,00.
Тираж 100 экз.
455000, Магнитогорск, пр.Ленина, 38
Полиграфический участок МГТУ
Бумагатип.№ 1.
Заказ 774.
«119770
РНБ Русский фонд
2006-4
21435
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
789 Кб
Теги
bd000101908
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа